AC induktor

Uvažujme obvod obsahujúci induktor a predpokladajme, že odpor obvodu vrátane drôtu cievky je taký malý, že ho možno zanedbať. V tomto prípade by pri pripojení cievky k zdroju jednosmerného prúdu došlo ku skratu, pri ktorom by, ako je známe, prúd v obvode bol veľmi veľký.

Iná situácia je, keď je cievka pripojená k zdroju striedavého prúdu. V tomto prípade nedôjde k žiadnemu skratu. Toto ukazuje. Čomu tlmivka odoláva prechodu striedavého prúdu.

Čo je podstatou tohto odporu a ako je podmienený?

Ak chcete odpovedať na túto otázku, nezabudnite fenomén samoindukcie… Akákoľvek zmena prúdu v cievke spôsobí, že sa v nej objaví EMF samoindukcie, ktorá zabráni zmene prúdu. Hodnota EMF samoindukcie je priamo úmerná hodnota indukčnosti cievky a rýchlosť zmeny prúdu v ňom. Ale odvtedy striedavý prúd sa plynule mení Elektromagnetické žiarenie pre samoindukciu, ktoré sa neustále objavuje v cievke, vytvára odpor voči striedavému prúdu.

Aby sme pochopili procesy prebiehajúce v obvody striedavého prúdu s induktorom, pozri graf.Obrázok 1 zobrazuje zakrivené čiary, ktoré charakterizujú značku v obvode, napätie v cievke a emf samoindukcie vyskytujúce sa v nej. Presvedčime sa, že konštrukcie na obrázku sú správne.

Obvod striedavého prúdu s tlmivkou

Od okamihu t = 0, teda od počiatočného okamihu pozorovania prúdu, sa začne rýchlo zvyšovať, ale keď sa blíži k maximálnej hodnote, rýchlosť nárastu prúdu klesá. V momente, keď prúd dosiahol svoju maximálnu hodnotu, rýchlosť jeho zmeny sa na chvíľu rovnala nule, to znamená, že sa zmena prúdu zastavila. Potom sa prúd spočiatku pomaly rozbiehal a potom rýchlo klesal a po druhej štvrtine obdobia klesol na nulu. Rýchlosť zmeny prúdu počas tejto štvrtiny obdobia, ktorá sa zvyšuje od guľky, dosiahne najvyššiu hodnotu, keď sa prúd rovná nule.

Obrázok 2. Charakter zmien prúdu v čase v závislosti od veľkosti prúdu

Z konštrukcií na obrázku 2 je vidieť, že keď prúdová krivka prechádza časovou osou, prúd vzrastie v krátkom časovom úseku T viac ako v rovnakom časovom období, kedy prúdová krivka dosiahne svoj vrchol.

Preto rýchlosť zmeny prúdu klesá, keď sa prúd zvyšuje, a zvyšuje sa, keď sa prúd znižuje, bez ohľadu na smer prúdu v obvode.

Je zrejmé, že emf vlastnej indukčnosti v cievke musí byť najväčší, keď je rýchlosť zmeny prúdu najväčšia, a klesnúť na nulu, keď jeho zmena prestane. V skutočnosti na grafe krivka EMF samoindukcie eL v prvom štvrťroku obdobia, počnúc od maximálnej hodnoty, klesla na nulu (pozri obr. 1).

Počas ďalšej štvrtiny obdobia prúd z maximálnej hodnoty klesá na nulu, ale rýchlosť jeho zmeny sa postupne zvyšuje a najväčšia je v momente, keď je prúd rovný nule. V súlade s tým sa EMF samoindukcie počas tejto štvrtiny obdobia, ktoré sa znova objaví v cievke, postupne zvyšuje a ukáže sa ako maximum, kým sa prúd nerovná nule.

Smer samoindukčného emf sa však zmenil v opačnom smere, pretože nárast prúdu v prvom štvrťroku obdobia bol v druhom štvrťroku nahradený jeho poklesom.

Obvod s indukčnosťou

Pokračujúc ďalej v konštrukcii krivky EMF samoindukcie, sme presvedčení, že počas obdobia zmeny prúdu v cievke a EMF samoindukcie v nej dokončí celé obdobie svojej zmeny. Jeho smer je určený Lenzov zákon: s nárastom prúdu bude emf samoindukcie smerovať proti prúdu (prvá a tretia štvrtina obdobia) a s poklesom prúdu sa s ním naopak zhoduje v smere ( druhý a štvrtý štvrťrok obdobia).

Preto EMF samoindukcie spôsobené samotným striedavým prúdom bráni jeho zvyšovaniu, a naopak ho udržiava pri zostupe.

Prejdime teraz na graf napätia cievky (pozri obr. 1). V tomto grafe je sínusová vlna koncového napätia cievky znázornená rovnaká a opačná ako sínusová vlna emf vlastnej indukčnosti. Preto je napätie na svorkách cievky v akomkoľvek časovom okamihu rovnaké a opačné ako EMF samoindukcie, ktorá v ňom vzniká. Toto napätie je vytvárané alternátorom a ide na uhasenie činnosti v samoindukčnom obvode EMF.

Preto v induktore pripojenom k ​​obvodu striedavého prúdu vzniká pri pretekaní prúdu odpor. Ale keďže takýto odpor nakoniec indukuje indukčnosť cievky, potom sa nazýva indukčný odpor.

Indukčný odpor je označený XL a meria sa ako odpor v ohmoch.

Indukčný odpor obvodu je tým väčší, tým väčší frekvencia zdroja prúdunapájanie obvodu a väčšia indukčnosť obvodu. Preto je indukčný odpor obvodu priamo úmerný frekvencii prúdu a indukčnosti obvodu; je určená vzorcom XL = ωL, kde ω — kruhová frekvencia určená súčinom 2πe… — indukčnosť obvodu v n.

Ohmov zákon pre striedavý obvod obsahujúci indukčný odpor znie Teda: množstvo prúdu je priamo úmerné napätiu a nepriamo úmerné indukčnému odporu NSi, t.j. I = U / XL, kde I a U sú efektívne hodnoty prúdu a napätia a xL je indukčný odpor obvodu.

Vzhľadom na grafy zmeny prúdu v cievke. EMF samoindukcie a napätia na jeho svorkách sme venovali pozornosť skutočnosti, že zmena v nich vHodnoty sa nezhodujú v čase. Inými slovami, sínusoidy prúdu, napätia a samoindukcie EMF sa ukázali byť vzájomne časovo posunuté pre uvažovaný obvod. V AC technológii sa tento jav bežne nazýva fázový posun.

Ak sa dve premenné veličiny menia podľa toho istého zákona (v našom prípade sínusoidy) s rovnakými periódami, súčasne dosahujú svoju maximálnu hodnotu v smere dopredu aj dozadu a súčasne klesajú k nule, potom majú takéto premenné veličiny rovnaké fázy, resp. ako sa hovorí, zápas vo fáze.

Ako príklad ukazuje obrázok 3 fázovo prispôsobené krivky prúdu a napätia. Takéto fázové prispôsobenie vždy pozorujeme v striedavom obvode pozostávajúcom len z aktívneho odporu.

V prípade, že obvod obsahuje indukčný odpor, prúdovú a napäťovú fázu, ako je vidieť na obr. 1 sa nezhodujú, to znamená, že medzi týmito premennými je fázový posun. Zdá sa, že krivka prúdu v tomto prípade zaostáva za krivkou napätia o štvrtinu obdobia.

Preto, keď je v obvode striedavého prúdu zahrnutá tlmivka, v obvode nastáva fázový posun medzi prúdom a napätím a prúd zaostáva za napätím vo fáze o štvrtinu periódy... To znamená, že maximálny prúd sa vyskytuje o štvrtinu obdobia po dosiahnutí maximálneho napätia.

EMF samoindukcie je v protifáze s napätím cievky a zaostáva za prúdom o štvrtinu periódy.V tomto prípade je perióda zmeny prúdu, napätia, ako aj EMF samoindukcia sa nemení a zostáva rovnaká ako perióda zmeny napätia generátora napájajúceho obvod. Zachová sa aj sínusová povaha zmeny týchto hodnôt.

Obrázok 3. Fázové prispôsobenie prúdu a napätia v obvode s aktívnym odporom

Poďme teraz pochopiť rozdiel medzi záťažou alternátora s aktívnym odporom a záťažou s jeho indukčným odporom.

Keď obvod striedavého prúdu obsahuje iba jeden aktívny odpor, potom sa energia zdroja prúdu absorbuje v aktívnom odpore, zahrievanie drôtu.

Keď obvod neobsahuje aktívny odpor (zvyčajne ho považujeme za nulový), ale pozostáva iba z indukčného odporu cievky, energia zdroja prúdu sa nevynakladá na zahrievanie drôtov, ale iba na vytvorenie EMF samoindukcie. , to znamená, že sa stáva energiou magnetického poľa ... Striedavý prúd sa však neustále mení vo veľkosti aj smere, a preto magnetické pole cievka sa neustále mení v čase so zmenou prúdu. Počas prvej štvrtiny periódy, kedy sa prúd zvyšuje, obvod prijíma energiu zo zdroja prúdu a ukladá ju v magnetickom poli cievky. Akonáhle však prúd, ktorý dosiahne svoje maximum, začne klesať, je udržiavaný na úkor energie uloženej v magnetickom poli cievky emf samoindukcie.

Preto zdroj prúdu, ktorý v prvej štvrtine periódy odovzdal časť svojej energie obvodu, ju v druhej štvrtine dostane späť z cievky, ktorá funguje ako druh zdroja prúdu. Inými slovami, striedavý obvod obsahujúci iba indukčný odpor nespotrebováva žiadnu energiu: v tomto prípade dochádza k kolísaniu energie medzi zdrojom a obvodom. Aktívny odpor naopak absorbuje všetku energiu, ktorá sa mu prenáša zo zdroja prúdu.

Induktor, na rozdiel od ohmického odporu, sa považuje za neaktívny vzhľadom na zdroj striedavého prúdu, t.j. reaktívny... Preto sa indukčný odpor cievky nazýva aj reaktancia.

Krivka nárastu prúdu pri uzavretí obvodu obsahujúceho indukčnosť — prechodové javy v elektrických obvodoch.

Predtým v tomto vlákne: Elektrina pre figuríny / Základy elektrotechniky

Čo čítajú ostatní?

# 1 Zaslal: Alexander (4. marec 2010 17:45)

   
je prúd vo fáze s emf generátora? A jeho hodnota klesá?

#2 napísal: správca (7. marca 2010 16:35)

   
V striedavom obvode pozostávajúcom iba z aktívneho odporu sa fázy prúdu a napätia zhodujú.
       

# 3 napísal: Alexander (10. marec 2010 09:37)

   
Prečo je napätie rovnaké a opačné ako EMF samoindukcie, koniec koncov, v momente, keď je EMF samoindukcie maximálne, EMF generátora sa rovná nule a nemôže vytvoriť toto napätie? Odkiaľ pochádza (napätie)?

* V obvode s iba jedným induktorom, ktorý nemá žiadny aktívny odpor, je prúd pretekajúci obvodom vo fáze s emf generátora (emf, ktorý závisí od polohy rámu (v bežnom generátore), nie od napätia generátora)?